2017 Fiscal Year Annual Research Report
Observation of fine structure in magnetized plasma
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15H02335
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
稲垣 滋 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (60300729)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒川 弘之 帝京大学, 福岡医療技術学部, 助教 (00615106)
徳沢 季彦 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90311208)
山田 琢磨 九州大学, 基幹教育院, 准教授 (90437773)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ乱流 / 自己組織化 / リモートセンシング / マイクロ波計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、磁化プラズマ中に細かな凸凹構造が形成され時間的に変動する事を実験的に実証することで、乱流輸送モデルを検証する事を目指す。1) 空間分解能1mm, 時間分解能 1マイクロ秒の微細構造観測法を開発し、2) 微細構造形成に付随する乱流のダイナミクスも同時に観測することを目的とする。今年度は、周波数固定型及び周波数掃引型の2種類のマイクロ波コム反射計を用いて九州大学の直線プラズマ実験装置(PANTA)あるいは核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)にて分担者と共同で磁化プラズマ乱流計測を行った。実験の進展に伴い、これら乱流計測で以下のような大きな成果が得られた。
(1) PANTAにおいてこれまでよりも強磁場(0.15T), 高パワー(6kW)で実験を行った際に、径方向に局所的に強い密度勾配を持つ構造の形成が観測された。揺動も局所的となり、ミクロスケールとマクロスケールとの比が従来のプラズマの4-5倍となった。マイクロ波周波数コム反射計により、径方向波数が大きくなり、音速で評価したラーマ半径で規格化すると1程度になる事が明らかとなった。またこの波数はドリフト波のように内向き外向きで対称ではなく、外向きのみの非対称である事が分かった。ハースト数の評価や相関関数のテイルの評価など、乱流の雪崩的伝搬を検出するための解析に着手した。(2) LHDにおいて、マイクロ波周波数コムを後方散乱計測に用い、不純物ペレット入射によってプラズマエッジに摂動を与えた際、ゾーナル流のようなメゾスケールのポロイダルシア流れが励起され、msの時定数で減衰振動する事を発見した。またこのシア流の構造が径方向内向きに高速で弾道的に伝搬する事を明らかにした。この流れ構造の変化後に密度や温度が変化する事を観測した。このように乱流のダイナミクスを詳細に解析できるようになった。今後雪崩現象等の同定が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実績で示したように、今年度は本研究における重要な3要素のうちの2つ、微細構造と巨視的構造とのスケール分離、乱流のダイナミクスの観測、に想定以上の進展があった。一方で微細構造の同定に関しては、周波数掃引型コム反射計の内部にて周波数分離したマイクロ波間に周波数リークがあり、十分な観測が行えなかった。これらの点を考慮し、全体としては順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究における要素(1)マイクロ波周波数コム反射計による微細構造の観測法の開発、に関しては周波数掃引型コム反射計の内部周波数リークを修正し、本格稼働を行い微細構造を探求する。(2)微細構造と巨視的構造とのスケール分離に関しては更なる高パワー(8kW)実験、ガス種のアルゴンからヘリウム/水素への変更、によりミクロスケールとマクロスケールとの比を従来のプラズマの10-20倍とする事を試みる。(3)微細構造と乱流のダイナミクスの同時観測に関しては既に行っているハースト数の評価等のデータ解析を進め、乱流の雪崩的伝搬を同定する。
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Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Three-dimensional Structure of the Streamer in Linear Plasmas2018
Author(s)
T. Yamada, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Nagashima, F. Kin, H. Arakawa, T. Kobayashi, K. Yamasaki, N. Kasuya, Y. Kosuga, A. Fujisawa, K. Itoh, and S.-I. Itoh
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 87
Pages: 034501 1-4
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Coexistence of Drift Waves and D’Angelo Modes at Different Position and Frequency in Linear Plasma Device2017
Author(s)
N. Dupertuis, S. Inagaki, Y. Nagashima, Y. Kosuga, F. Kin, T.Kobayashi, N. Kasuya, M. Sasaki, A. Fujisawa, M. Q. Tran, S.-I. Itoh, K. Itoh
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Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 12
Pages: 1201008 1-3
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Phenomenological classification of turbulence states in linear magnetized plasma PANTA2017
Author(s)
T. Kobayashi, S. Inagaki, M. Sasaki, Y. Kosuga, H. Arakawa, F. Kin, T. Yamada, Y. Nagashima, N. Kasuya, A. Fujisawa, S.-I. Itoh, and K. Itoh Phenomenological classification of turbulence states in linear magnetized plasma PANTA
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Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 12
Pages: 1401019 1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Nonlinear coupling of drift waves and high frequency fluctuation on PANTA2017
Author(s)
K. Hasamada, Y. Kosuga, F. Kin, S. Inagaki, Y. Nagashima, T. Kobayashi, M. Sasaki, N. Kasuya, K. Yamasaki, S.-I. Itoh, Ki. Itoh, A. Fujisawa
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Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 12
Pages: 1201034 1-3
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Distorted magnetic island formation during slowing down to mode locking in helical plasmas2017
Author(s)
T. Tokuzawa, Y. Takemura, K.W. Watanabe, S. Sakakibara, Y. Narushima, H. Tsuchiya, Y. Nagayama, S. Inagaki, K. Ida, M. Yoshinuma, K. Tanaka, Y. Suzuki, I. Yamada and The LHD Experiment Group
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 57
Pages: 076003 1-6
DOI
Peer Reviewed
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